基于单片机的温控系统设计

本科学年论文（设计）蔬菜大棚温控系统设计系别信管系专业电子信息工程届别2012级班级12级电子信息工程学生姓名唐姣学号********** 指导教师刘超群职称副教授二O一五年六月摘要温度控制是蔬菜大棚最重要的一个管理因素，温度过高或过低，都会影响蔬菜的生长。

主要介绍一种基于ST89C52单片机的温室蔬菜大棚温度控制系统，系统利用DS18B20温度传感器实现对温室大棚温度的测量，通过按键设置需要报警的上下限值。

实验证明，该系统具有性价比高，使用寿命长等优点，具有一定实用价值。

【关键词】温度控制；继电器；温度检测AbstractTemperature control is the most important vegetable greenhouse management factor, the temperature is too high or too low, will affect the growth of vegetables. Mainly introduces a control system based on the temperature in of the vegetable greenhouses in SCM st89c52, system using DS18B20 temperature sensor to realize the greenhouse temperature measurement, through the key set to alarm limit value. Experiments prove that the system has the advantages of high performance ratio, long service life, etc., and has some practical value.[Keywords]Temperature control; Relay; Temperature detection目录1.绪论 (1)2.蔬菜大棚的系统设计 (1)2.1控制系统整体结构 (1)2.2系统的工作原理 (1)3.系统硬件设计 (2)3.1温度采集模块 (2)3.1.1温度传感器电路介绍 (2)3.2 A/D转换接口 (2)3.2.1 ADC0809与单片机的接口方式 (3)3.3按键电路 (3)3.4控制电路 (3)3.5电源电路 (4)4.软件设计 (5)4.1程序流程图及分析 (5)4.1.1主程序 (5)4.1.2A/D转换的程序 (6)5.仿真与分析 (8)5.1 Proteus仿真图 (8)5.2 Proteus仿真结果 (8)6.结论 (9)参考文献 (9)1.绪论由于现代农业发展得非常快速，受控农业的研究受到很多的重视，特别是温室工程，已经变成工厂化高效农业的一个重要组成部分。

本文设计的是一种基于单片机的温度控制系统，数字温度传感器通过单总线与单片机连接，系统结构简单，抗干扰能力强，很适合用于蔬菜温室大棚温度控制[1]。

2.蔬菜大棚的系统设计2.1控制系统整体结构智能温度传感器DS18B20既能对温度进行测量，又能设定所需要控制的温度，并对温度值能够把二进制转换成十进制，所以系统选用智能温度传感器DS18B20。

传感器之间只需简单的通信协议就能加以识别，这样就节省了大量的引线和逻辑电路。

单片机选用AT89C51做控制器。

主要功能是:把采集的数据在LCD显示器上显示;通过键盘设置参数，声音报警;按键切换手动/自动控制方式;把采集到的数据和控制信息传送至上位机，接收上位机命令实现参数设置;输出控制[2]。

2.2系统的工作原理该温度测控系统的工作原理就是进行计算机编程和单片机编程，使智能温度传感器DS18B20正常工作，去检测大棚内实际的温度，并由数字显示电路显示出当时的温度值。

如果采集的温度值高于上限报警温度，系统将发出报警，并同时起动制冷设备，把温度降下来，当温度降到一定的程度，即低于上限复位值时，立即关闭制冷设备，使制冷设备停止工作。

当采集的温度值低于下限报警温度值时，系统又发出报警，并同时起动制热设备，使大棚内的温度上升，当温度上升到一定的程度，即高于下限复位值时，立即关闭制热设备，使制热设备停止工作，从而使温室大棚的温度值维持在一定的范围内。

本温度系统分为两个部分，主机和温度检测与控制部分。

原理框图如下图1所示。

3.系统硬件设计3.1温度采集模块为了进行准确的温度测量，必须给热电偶提供一个良好的恒流源，由于热电偶输出的信号是模拟信号，所以信号在输给CPU 之前应该先进行A/D 转换。

3.1.1温度传感器电路介绍下图2可知DS18B20温度传感器与单片机如何连接。

图2单片机与传感器连接图3.2 A/D 转换接口本设计选择的A/D 转换器芯片为ADC0809。

ADC0809在过程控制和机床控大温度信号温 度传感器采集放大电路AD 转换 报警电路 单 片机显示电路 键盘电路 控温电路湖南财政经济学院本科学年论文（设计）制等应用中，能对多路模拟信号进行分时采集和A/D转换[3]，输出数字信号通过三态缓冲器，可直接与微处理器的数据总线相连接。

3.2.1 ADC0809与单片机的接口方式中断控制方式效率高所以特别适合于转换时间较长的ADC。

ADC0809与单片机的连接电路如下图3所示。

图3 ADC0809与单片机的连接图3.3按键电路下图4所示为中断扫描方式的接口电路。

图4 按键与单片机的连接图3.4控制电路由于单片机输出控制信号非常微弱，需要用三极管来驱动外围电路，三极管选用NPN型的 9014，当检测温度低于设定温度时，输出高电平控制信号，使三极管9014导通，使继电器两控制端产生压差，从而使继电器吸合，常开触点接通，控制外部电路启动制热设备[4]。

控制电路电路图如图5所示。

图5继电器与单片机的连接图3.5电源电路需要把220V的交流电转换成5V和12V的直流电。

在这个设计中，采用了简单的实用的变压器，根据理想变压器原副边匝数比公式，则可通过计算来调节参数达到转换为低电压所谓目的。

低压的交流信号在通过整流稳压等操作实现了交流向直流转换的要求了[5]。

其电路图如图6所示。

图6电源电路图4.软件设计4.1程序流程图及分析4.1.1主程序本系统的工作流程是，操作人员可以从键盘上输入要设定的温度值。

当此温度值与当前温度不同时，单片机控制系统采取调节的动作[6]。

当设定温度大于测定温度时，则使加热器工作；当设定温度小于测定温度时，则开启降温风扇。

第一部分是主程序，它描述的是程序的总体结构。

图7主程序流程图关键代码如下void sw_detect() interrupt 0{unsigned char temp,i;IE0 = 0;sw = 0;P2 &= 0x8f;for(i = 0;i < 5;i++);P2 |= 0x70;sw = 1;if(sw == 0){temp = (P2 & 0x70);while(P3 & 0x04 == 0)LED_display();if(temp)sw_temp[0] = temp >> 4;switch(sw_temp[0]){case 6:sw_temp[0] = max;break;case 5:sw_temp[0] = min;break;case 3:sw_temp[0] = mode;break;default:sw_temp[0] = sw_temp[0];}if(sw_temp[0] != 0)sw_flag = 1;//有新的按键中断发生，置标志位}LED_display();}4.1.2A/D转换的程序中断服务程序流程图如图8所示[7]N图8 A/D转换的程序流程图关键代码如下void main(){initdac0809();startadc();while(1){while(EOC==0)/*ADC0809正常转换*/OE=1;/*转换完毕，打开输出*/ad_data[--i]=P0/*从P0读取结果*/startadc();/*开始第二次AD转换*/OE=0;/*禁止输出*/}}5.仿真与分析5.1 Proteus仿真图选择元器件后连接的电路图如图9所示[8]。

图9 仿真图15.2 Proteus仿真结果假如设定最低温度为5，最高温度为30，通过调节可调电阻的阻值[9]，当该系统检测到不同温度时，其数码管，LED灯，蜂鸣器显示不同，如下表1所示。

表1 仿真结果表当ADC0808芯片的引脚的电压在[0.25V,1.5V]范围内,电路工作在正常范围内，只有数码管工作，蜂鸣器不响，74HC164控制的发光二极管不亮，报警点的二极管也不亮；当超出这个电压范围，监控电路就会启动，串口控制的二极管，蜂鸣器都会工作；当设置的最高温度时，高报警点的二极管会发光，即可以按加一或减一键来设置；当要设置最低温度时，低报警点的二极管会亮[10]。

6.结论系统在Proteus上仿真通过，达到了设想的控制要求。

系统元件的选用以节省人力物力为基础，方便快捷为目的，采用高效低成本的原则，特别是采用先进的器件进行温度测量实现了速度快、精度高、测点多、布线少等诸多优点，可以实现温度的巡回测量和显示，能对超标的温度及时准确的报警并同时进行自动选择性的调节处理，大大的提高了蔬菜的成活率以及大幅度减轻管理者的负担，使蔬菜种植能获得一种可观的经济收益。

参考文献[1]徐伟忠，2014:《计算机技术在农业领域的应用》，丽水市科技出版社。

[2]胡乾斌，2006：《单片微型计算机原理与应用》，华中科技大学出版社。

[3]杨振江， 2009：《A/D D/A转换器接口技术与实用线路》，西安电子科技大学出版社。

[4]黄惠媛、李润国，2006：《单片机原理与接口（自动化控制专业）》，海军出版社。

[5]杨金岩，2012：《8051单片机数据传输接口扩展技术与应用实例》，人民邮电出版社。

[6]胡学海，2005：《单片机原理及应用系统设计》，电子工业出版社。

[7]沙占友、王彦朋、孟志永，2013：《单片机外围电路设计》，电子工业出版社。

[8]王新贤，2014：《实用计算机控制技术手册》，山东科学技术出版社。

[9]周继明、江世明，2005：《传感技术与应用》，中南大学出版社。

[10]李莉，2011：《单片机典型模块设计实例导航》，人民邮电出版社。